CN115894724B - 一种甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)以木薯淀粉为原料，在硅酸钠催化作用下制备得到酸酐改性淀粉；(2)以酸酐改性淀粉为原料，在复合催化剂的催化作用下制备得到甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂。本发明甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂具有显著的降低水的表面张力的能力，表面活性高，乳化性能优良，生物降解性好，与传统表面活性剂相容性好，复配使用可大大降低某些表面活性剂对人体的刺激性和对生态环境的污染。
Description
技术领域
本发明属淀粉改性技术领域，具体涉及一种甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂及其制备方法。
背景技术
表面活性剂是由亲油基和亲水基组成的双亲化合物，具有降低表(界)面张力，改变体系表(界)化学性质的功能，在日用化工、纺织、食品、医药、水处理、油田及农用化学品等国民经济的各行各业广泛应用，并已逐渐渗透到各高新技术与工业领域。以石油化工产品和天然油脂为原料的表面活性剂为经济社会的发展进步和人们生活水平的提高做出了巨大的贡献。但是，石油资源不可再生，且会造成环境污染。随着天然油脂资源的紧缺和石油资源的日益枯竭，以及全球环保意识的增强，表面活性剂的发展已逐步倾向于生态安全、无环境污染、生物降解性好、化学性能优良且成本低的产品。
淀粉是一种具有生物降解特性的多羟基天然化合物，在特定条件下具有增稠、保水、乳化、分散、增溶、成膜、絮凝、保护胶体等优良特性，是表面活性剂亲水基的好原料。淀粉基烷基糖苷(APG)是较早开发应用的淀粉基表面活性剂，但因大多以葡萄糖和脂肪醇为原料，工艺条件苛刻、产物难分离、产品颜色及聚糖含量较难控制等问题导致生产成本高、质量不稳定，限制了它作为表面活性剂的推广应用。中国专利CN101716476A公开了一种淀粉烷基苷表面活性剂的制备方法，其制备方法为机械球磨法研磨淀粉，再对其进行酶解、氧化改性得到氧化淀粉，氧化淀粉与十二烯基琥珀酸酐、辛烯基琥珀酸酐、阳离子醚化剂中的一种或多种反应，得到淀粉烷基苷表面活性剂，其中阴离子淀粉烷基苷表面活性剂的表面张力与洗涤剂中常用的烷基苯磺酸钠(LAS，28.88mN/m)，脂肪酸聚氧乙烯醚硫酸盐(AES，31.4mN/m)和α-烯基磺酸盐(AOS，28.15mN/m)相近或更低。该专利中公开的淀粉改性的方法需经过球磨、酶解、氧化等过程，工艺过程复杂，成本高。
因此，急需解决目前淀粉基表面活性剂生产过程复杂，产品质量难控制、收率低等技术难题，降低生产成本，以促进其在日用化工、纺织、食品等领域的推广应用。
从公开资料中检索到一些与淀粉基表面活性剂相关的内容。然而淀粉改性方法各式各样，改性淀粉品种繁多，选择不同的改性方法、不同的工艺路线、不同的改性试剂、不同的试剂配比、不同的改性工艺条件等等，可以得到结构和性能各异的淀粉基表面活性剂。在公开的专利文献中，未见有甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂及其制备方法的研究报道。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂及其制备方法，提供能降低水的表面张力的甜菜碱型淀粉基表面活性剂，为洗涤剂、化妆品等行业提供生物降解好的绿色环保型淀粉基表面活性剂，以解决一些传统表面活性剂的刺激性大、不易生物降解、污染环境等问题。
本发明的技术方案是：
本发明提供了一种甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)以木薯淀粉为原料，在硅酸钠催化作用下制备得到酸酐改性淀粉；
(2)以酸酐改性淀粉为原料，在复合催化剂的催化作用下制备得到甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂。
作为本发明的进一步改进，步骤(1)的具体过程是：以水为分散介质，在搅拌状态下将木薯淀粉配制成质量浓度为35％的淀粉乳，加入第一次硅酸钠，加热至淀粉乳温度达30～50℃，在8～10min内流加第一次酸酐醇溶液，反应25～35min，加入第二次硅酸钠，在8～l0min内流加第二次酸酐醇溶液，反应25～35min，加入第三次硅酸钠，在8～10min内流加第三次酸酐醇溶液，反应25～35min，加入第四次硅酸钠，继续反应1～2.5h，经洗涤、抽滤、烘干，得到酸酐改性淀粉。
所述的硅酸钠，第一次加入量为木薯淀粉质量的1.5～4％，第二次加入量为木薯淀粉质量的0.5～1.5％，第三次加入量为木薯淀粉质量的0.5～1.5％，第四次加入量为木薯淀粉质量的0.5～1.5％。
所述的酸酐醇溶液是由十二烯基琥珀酸酐和无水乙醇组成的溶液，质量比为：十二烯基琥珀酸酐∶无水乙醇＝1∶1.5～2。
所述的酸酐醇溶液，第一次加入量为木薯淀粉质量的3～15％，第二次加入量为木薯淀粉质量的2～10％，第三次加入量为木薯淀粉质量的2～10％。
作为本发明的进一步改进，步骤(2)的具体过程是：以水为分散介质，在搅拌状态下将步骤(1)所得物酸酐改性淀粉配制成质量浓度为3％的淀粉乳，加入复合催化剂，加热至淀粉乳温度达70～90℃，加入甜菜碱，反应10～50min，得甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂。
所述的复合催化剂是硅酸钠与尿素按质量比为1∶2～5组成的混合物，用量为酸酐改性淀粉质量的2～8％。
所述的甜菜碱是十二烷基二甲基甜菜碱，用量为酸酐改性淀粉质量的5～20％。
本发明还提供一种所述制备方法制备得到的甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂。
本发明的突出的实质性特点和显著的进步：
(1)本发明将淀粉的酸酐改性和甜菜碱改性有机结合，工艺路线科学合理，生产过程简单。
(2)在淀粉分子结构中引入琥珀酸酐基团和甜菜碱基团，基团的协同作用使得复合改性淀粉具有显著的降低水的表面张力的能力，表面活性高。
(3)本发明甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂表面张力低，乳化性能优良，与传统表面活性剂如十二烷基苯磺酸钠(37.0mN/m，临界胶束浓度)、十二烷基聚氧乙烯醚硫酸钠(32.8mN/m，临界胶束浓度)、海藻糖单脂(32.0mN/m，最低表面张力)、十二烷基硫酸钠(39.5mN/m，临界胶束浓度)基本相当或更优。
(4)本发明产品生物降解性好，对人体安全，对环境友好，与传统表面活性剂相容性好，复配使用可大大降低某些表面活性剂对人体的刺激性和对生态环境的污染。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步具体说明，但是不作为对本发明的限制。
实施例1
在搅拌状态下，用水将木薯淀粉配制成质量浓度为35％的淀粉乳，加入淀粉质量2％的硅酸钠，加热至淀粉乳温度达40～45℃，在8～10min内流加淀粉质量5％的酸酐醇溶液，反应30min，加入淀粉质量0.5％的硅酸钠，在8～10min内流加淀粉质量5.5％的酸酐醇溶液，反应30min，加入淀粉质量1％的硅酸钠，在8～10min内流加淀粉质量3.5％的酸酐醇溶液，反应30min，加入淀粉质量1％的硅酸钠，反应2h，经洗涤、抽滤、烘干，得到酸酐改性淀粉；在搅拌状态下用水将酸酐改性淀粉配制成质量浓度为3％的淀粉乳，加入酸酐改性淀粉质量5％的复合催化剂，加热至淀粉乳温度达80℃，加入酸酐改性淀粉质量12％的甜菜碱，反应20min，得甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂。该实施例所用木薯淀粉糊液表面张力为71.3mN/m(25℃，0.5％固含量)，所得产物表面张力为24.7mN/m(25℃，0.5％固含量)。
实施例2
在搅拌状态下，用水将木薯淀粉配制成质量浓度为35％的淀粉乳，加入淀粉质量2.5％的硅酸钠，加热至淀粉乳温度达35～40℃，在8～10min内流加淀粉质量8％的酸酐醇溶液，反应30min，加入淀粉质量1％的硅酸钠，在8～10min内流加淀粉质量5％的酸酐醇溶液，反应30min，加入淀粉质量0.8％的硅酸钠，在8～10min内流加淀粉质量5％的酸酐醇溶液，反应25min，加入淀粉质量1.2％的硅酸钠，反应1.5h，经洗涤、抽滤、烘干，得到酸酐改性淀粉；在搅拌状态下用水将酸酐改性淀粉配制成质量浓度为3％的淀粉乳，加入酸酐改性淀粉质量3％的复合催化剂，加热至淀粉乳温度达85℃，加入酸酐改性淀粉质量12％的甜菜碱，反应30min，得甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂。该实施例所用木薯淀粉糊液表面张力为71.3mN/m(25℃，0.5％固含量)，所得产物表面张力为25.9mN/m(25℃，0.5％固含量)。
实施例3
在搅拌状态下，用水将木薯淀粉配制成质量浓度为35％的淀粉乳，加入淀粉质量4％的硅酸钠，加热至淀粉乳温度达45～50℃，在8～10min内流加淀粉质量12％的酸酐醇溶液，反应25min，加入淀粉质量1％的硅酸钠，在8～10min内流加淀粉质量8％的酸酐醇溶液，反应25min，加入淀粉质量1.3％的硅酸钠，在8～10min内流加淀粉质量6％的酸酐醇溶液，反应25min，加入淀粉质量1.2％的硅酸钠，反应1.5h，经洗涤、抽滤、烘干，得到酸酐改性淀粉；在搅拌状态下用水将酸酐改性淀粉配制成质量浓度为3％的淀粉乳，加入酸酐改性淀粉质量4％的复合催化剂，加热至淀粉乳温度达85℃，加入酸酐改性淀粉质量9％的甜菜碱，反应20min，得甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂。该实施例所用木薯淀粉糊液表面张力为71.3mN/m(25℃，0.5％固含量)，所得产物表面张力为23.9mN/m(25℃，0.5％固含量)。
实施例4
在搅拌状态下，用水将木薯淀粉配制成质量浓度为35％的淀粉乳，加入淀粉质量3％的硅酸钠，加热至淀粉乳温度达35～40℃，在8～10min内流加淀粉质量10％的酸酐醇溶液，反应25min，加入淀粉质量0.8％的硅酸钠，在8～10min内流加淀粉质量5％的酸酐醇溶液，反应30min，加入淀粉质量1.2％的硅酸钠，在8～10min内流加淀粉质量8％的酸酐醇溶液，反应30min，加入淀粉质量1.5％的硅酸钠，反应1h，经洗涤、抽滤、烘干，得到酸酐改性淀粉；在搅拌状态下用水将酸酐改性淀粉配制成质量浓度为3％的淀粉乳，加入酸酐改性淀粉质量5％的复合催化剂，加热至淀粉乳温度达85℃，加入酸酐改性淀粉质量15％的甜菜碱，反应10min，得甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂。该实施例所用木薯淀粉糊液表面张力为71.3mN/m(25℃，0.5％固含量)，所得产物表面张力为24.8mN/m(25℃，0.5％固含量)。
实施例5
在搅拌状态下，用水将木薯淀粉配制成质量浓度为35％的淀粉乳，加入淀粉质量3.5％的硅酸钠，加热至淀粉乳温度达40～45℃，在8～10min内流加淀粉质量12％的酸酐醇溶液，反应30min，加入淀粉质量1％的硅酸钠，在8～10min内流加淀粉质量8％的酸酐醇溶液，反应25min，加入淀粉质量1.2％的硅酸钠，在8～10min内流加淀粉质量10％的酸酐醇溶液，反应25min，加入淀粉质量1.2％的硅酸钠，反应2.5h，经洗涤、抽滤、烘干，得到酸酐改性淀粉；在搅拌状态下用水将酸酐改性淀粉配制成质量浓度为3％的淀粉乳，加入酸酐改性淀粉质量3％的复合催化剂，加热至淀粉乳温度达90℃，加入酸酐改性淀粉质量15％的甜菜碱，反应20min，得甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂。该实施例所用木薯淀粉糊液表面张力为71.3mN/m(25℃，0.5％固含量)，所得产物表面张力为26.4mN/m(25℃，0.5％固含量)。
Claims (2)
1.一种甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以木薯淀粉为原料，在硅酸钠催化作用下制备得到酸酐改性淀粉；
步骤(1)的具体过程是：以水为分散介质，在搅拌状态下将木薯淀粉配制成质量浓度为35％的淀粉乳，加入第一次硅酸钠，加热至淀粉乳温度达30～50℃，在8～10min内流加第一次酸酐醇溶液，反应25～35min，加入第二次硅酸钠，在8～10min内流加第二次酸酐醇溶液，反应25～35min，加入第三次硅酸钠，在8～10min内流加第三次酸酐醇溶液，反应25～35min，加入第四次硅酸钠，继续反应1～2.5h，经洗涤、抽滤、烘干，得到酸酐改性淀粉；
所述的硅酸钠，第一次加入量为木薯淀粉质量的1.5～4％，第二次加入量为木薯淀粉质量的0.5～1.5％，第三次加入量为木薯淀粉质量的0.5～1.5％，第四次加入量为木薯淀粉质量的0.5～1.5％；
所述的酸酐醇溶液是由十二烯基琥珀酸酐和无水乙醇组成的溶液，质量比为：十二烯基琥珀酸酐∶无水乙醇＝1∶1.5～2；
所述的酸酐醇溶液，第一次加入量为木薯淀粉质量的3～15％，第二次加入量为木薯淀粉质量的2～10％，第三次加入量为木薯淀粉质量的2～10％；
(2)以酸酐改性淀粉为原料，在复合催化剂的催化作用下制备得到甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂；
步骤(2)的具体过程是：以水为分散介质，在搅拌状态下将步骤(1)所得物酸酐改性淀粉配制成质量浓度为3％的淀粉乳，加入复合催化剂，加热至淀粉乳温度达70～90℃，加入甜菜碱，反应10～50min，得甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂；
所述的复合催化剂是硅酸钠与尿素按质量比为1∶2～5组成的混合物，用量为酸酐改性淀粉质量的2～8％；
所述的甜菜碱是十二烷基二甲基甜菜碱，用量为酸酐改性淀粉质量的5～20％。
2.一种甜菜碱型复合改性淀粉基表面活性剂，其特征在于，由权利要求1所述的制备方法制备得到。
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